Name: 난소 병변의 질식 영상을위한 공동 등록 된 초음파 및 광 음향 영상 프로토콜 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-03-03T14:15:00.000+00:00
Duration: 10 min 21 s
Description: 학습하세요 공동 등록된 광음향 및 초음파 영상 기술을 활용한 난소 병변 조기 진단 방법을. 이 프로토콜은 혈관 기능 정보를 제공하여 난소암 수술 관리를 개선합니다.

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이 작업은 NCI (R01CA151570, R01CA237664)의 지원을 받았습니다. 저자는 환자 모집을 도와준 Mathew Powell 박사가 이끄는 전체 GYN 종양학 그룹, 미국 연구를 도와준 방사선 전문의 Cary Siegel, William Middleton 및 Malak Itnai 박사, 데이터의 병리학적 해석을 도와준 병리학자 Ian Hagemann 박사에게 감사드립니다. 저자는 메간 루터와 GYN 연구 코디네이터가 연구 일정을 조정하고, 연구를 위해 환자를 식별하고, 정보에 입각 한 동의를 얻는 노력에 감사드립니다.

수행 된 모든 연구는 워싱턴 대학교 기관 검토위원회의 승인을 받았습니다.
1. 시스템 구성: 광학 조명(그림 1)
<ol><li>10Hz에서 펄스가 있고 조정 가능한 (690-890 nm) Ti- 사파이어 레이저를 펌핑하는 Nd : YAG 레이저를 사용하십시오.</li>
	<li>먼저 평면 오목 렌즈로 빔을 발산한 다음 평면 볼록 렌즈로 빔을 시준하여 레이저 빔을 확장합니다. 두 개의 미러를 사용하여 빔을 빔 스플리터로 향하게합니다 (아래 설명 ).</li>
	<li>편광 빔 스플리터로 원래 빔을 2 개로 분할 한 다음 2 단계 빔 스플리터로 2 개의 빔을 분할하여 확장 된 레이저 빔을 동일한 에너지로 4 개의 빔으로 분할합니다.</li>
	<li>광섬유 척으로 4개의 다중 모드 광섬유를 장착합니다.</li>
	<li>4 개의 평면 볼록 렌즈를 사용하여 4 개의 레이저 빔을 4 개의 섬유에 집중시킵니다.</li>
	<li>레이저 안전 고려 사항으로 인해 광학 경로가 노출되지 않도록 금속 상자 아래의 모든 광학 구성 요소를 덮으십시오.</li>
	<li>4 개의 섬유의 다른 쪽 끝을 질식 초음파 프로브에 부착하고 프로브와 섬유를 보호 덮개로 둘러 쌉니다. 알림: 변환기의 외피와 음향 창은 조명 균일성을 향상시키기 위해 반사율이 높은 흰색 페인트로 코팅되어 있습니다. 광 전달을 위한 4개의 섬유의 사용을 포함하는 이러한 설정은 이전에 질식 적용에 최적인 것으로 나타났다17. 자세한 내용은 토론을 참조하십시오.</li>
</ol>2. 시스템 구성 : 초음파 감지 및 스캐닝 방식
<ol><li>프로그래밍 가능한 미국 임상 시스템을 사용합니다. 알림: 프로그래밍 가능한 시스템은 원시 초음파 데이터에 액세스할 수 있고 맞춤형 데이터 수집 프로토콜 및 처리 알고리즘을 프로그래밍할 수 있음을 의미합니다.</li>
	<li>추가 모니터를 미국 시스템에 연결하여 rHbT, %sO2 맵 및 기타 기능 매개 변수의 실시간 시각화를 위해 USPAT 디스플레이 소프트웨어를 실행합니다.</li>
	<li>레이저의 내부 트리거를 미국 시스템의 외부 트리거에 연결합니다.</li>
	<li>공동 등록 모드에서 시분할 멀티플렉싱 접근 방식을 사용합니다. 구체적으로, 각 파장에 대해, 5개의 연속적인 PAT 프레임과 1개의 공동 등록된 US 프레임을 순차적으로 획득한다. PAT 프레임을 평균화하여 신호 대 잡음비를 개선합니다. 4개의 파장에 대한 총 데이터 수집 시간은 약 15초입니다.</li>
</ol>3. 시스템 교정
<ol><li>레이저 펌프 에너지를 고정 수준으로 설정하십시오.</li>
	<li>각 파장(750nm, 780nm, 800nm 및 830nm)에 대해 각 섬유 팁에서 출력되는 펄스당 에너지 밀도를 확인하여 선택한 각 파장에서 계산된 에너지 밀도가 표 1에 제공된 예상 값인지 확인합니다.</li>
	<li>에너지 출력이 예상보다 낮으면 미러 및 빔 스플리터 각도를 조정하여 광학 정렬을 미세 조정합니다. 이 단계가 항상 필요한 것은 아닙니다.</li>
	<li>에너지가 만족스러울 때까지 3.2-3.4단계를 반복합니다.</li>
	<li>각 파장에서 4개의 광섬유 에너지 출력을 기록하고 USPAT 디스플레이 소프트웨어에 값을 입력합니다. 알림: 이 값은 rHbT의 계산을 보정하는 데 사용됩니다. 레이저 에너지는 시간이 지남에 따라 변동하며, 보정은 다중 스펙트럼 PAT 데이터에서 계산된 정량적 파라미터가 가능한 한 정확한지 확인합니다.</li>
</ol>4. 샘플 실험 절차: 인간 난소의 질식 USPAT 영상화
<ol><li>USPAT 이미징 시스템 준비<ol><li>기관의 표준 초음파 프로브 세척 프로토콜로 내강 미국 프로브와 덮개 덮개를 소독합니다.</li>
		<li>임상 미국 시스템을 켜고 미국 시스템 소프트웨어를 시작한 다음 올바른 미국 변환기를 선택합니다.</li>
		<li>3단계와 같이 레이저 시스템을 교정합니다.</li>
		<li>각 파장에 대한 총 펄스 에너지를 USPAT 디스플레이 소프트웨어에 입력합니다.</li>
		<li>프로브 피복 내부에 섬유와 프로브를 둘러싸서 USPAT 프로브를 조립합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>환자의 준비<ol><li>기관별 프로토콜을 따라 정보에 입각한 동의를 얻고 환자를 준비시킵니다.</li>
	</ol></li>
	<li>이미징<ol><li>펄스 에코 US를 사용하여 표적 난소를 찾습니다. 알림: 이 단계는 깊이, 동적 범위 및 TGC와 같은 임상 미국 기계의 이미징 매개변수를 자유롭게 조정할 수 있는 연구 의사가 수행합니다.</li>
		<li>USPAT 제어 소프트웨어에서 원하는 깊이를 선택합니다.</li>
		<li>제어 소프트웨어에서 스캔 을 클릭하여 공동 등록된 USPAT B-모드 데이터 수집을 시작합니다. USPAT 이미지 디스플레이 소프트웨어를 시청하여 공동 등록된 미국 및 PAT B 모드 이미지와 재구성된 기능 맵을 실시간으로 검토하십시오.</li>
		<li>4.3.1-4.3.3단계를 반복하여 더 많은 이미지를 획득하고 (필요한 경우) 두 번째 병변을 이미지화합니다.</li>
	</ol></li>
</ol>

<ol><li>Nandy, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+ovarian+cancer%3A+Initial+application+of+coregistered+photoacoustic+tomography+and+US%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">Evaluation of ovarian cancer: Initial application of coregistered photoacoustic tomography and US.</a> Radiology. 289 (3), 740-747 (2018).</li>
<li>Amidi, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Role+of+blood+oxygenation+saturation+in+ovarian+cancer+diagnosis+using+multi-spectral+photoacoustic+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biophotonics%22%5BJournal%5D)">Role of blood oxygenation saturation in ovarian cancer diagnosis using multi-spectral photoacoustic tomography.</a> Journal of Biophotonics. 14 (4), 202000368(2021).</li>
<li>Dogan, B. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optoacoustic+imaging+and+gray-scale+US+features+of+breast+cancers%3A+Correlation+with+molecular+subtypes%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">Optoacoustic imaging and gray-scale US features of breast cancers: Correlation with molecular subtypes.</a> Radiology. 292 (3), 564-572 (2019).</li>
<li>Menezes, G. L. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Downgrading+of+breast+masses+suspicious+for+cancer+by+using+optoacoustic+breast+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">Downgrading of breast masses suspicious for cancer by using optoacoustic breast imaging.</a> Radiology. 288 (2), 355-365 (2018).</li>
<li>Neuschler, E. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+pivotal+study+of+optoacoustic+imaging+to+diagnose+benign+and+malignant+breast+masses%3A+A+new+evaluation+tool+for+radiologists%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">A pivotal study of optoacoustic imaging to diagnose benign and malignant breast masses: A new evaluation tool for radiologists.</a> Radiology. 287 (2), 398-412 (2018).</li>
<li>von Knorring, T., Mogensen, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoacoustic+tomography+for+assessment+and+quantification+of+cutaneous+and+metastatic+malignant+melanoma+-+A+systematic+review%5BTitle%5D)+AND+%22Photodiagnosis+and+Photodynamic+Therapy%22%5BJournal%5D)">Photoacoustic tomography for assessment and quantification of cutaneous and metastatic malignant melanoma - A systematic review.</a> Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. 33, 102095(2021).</li>
<li>Han, S., Lee, H., Kim, C., Kim, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Review+on+multispectral+photoacoustic+analysis+of+cancer%3A+Thyroid+and+breast%5BTitle%5D)+AND+%22Metabolites%22%5BJournal%5D)">Review on multispectral photoacoustic analysis of cancer: Thyroid and breast.</a> Metabolites. 12 (5), 382(2022).</li>
<li>Kim, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiparametric+photoacoustic+analysis+of+human+thyroid+cancers+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22Cancer+Research%22%5BJournal%5D)">Multiparametric photoacoustic analysis of human thyroid cancers in vivo.</a> Cancer Research. 81 (18), 4849-4860 (2021).</li>
<li>Basij, M., Karpiouk, A., Winer, I., Emelianov, S., Mehrmohammadi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dual-illumination+ultrasound%2Fphotoacoustic+system+for+cervical+cancer+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Photonics+Journal%22%5BJournal%5D)">Dual-illumination ultrasound/photoacoustic system for cervical cancer imaging.</a> IEEE Photonics Journal. 13 (1), 6900310(2021).</li>
<li>Agrawal, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((development%2C+and+multi-characterization+of+an+integrated+clinical+transrectal+ultrasound+and+photoacoustic+device+for+human+prostate+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Diagnostics%22%5BJournal%5D)">development, and multi-characterization of an integrated clinical transrectal ultrasound and photoacoustic device for human prostate imaging.</a> Diagnostics. 10 (8), 566(2020).</li>
<li>Kothapalli, S. -R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+transrectal+ultrasound+and+photoacoustic+human+prostate+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Science+Translational+Medicine%22%5BJournal%5D)">Simultaneous transrectal ultrasound and photoacoustic human prostate imaging.</a> Science Translational Medicine. 11 (507), 2169(2019).</li>
<li>Leng, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessing+rectal+cancer+treatment+response+using+coregistered+endorectal+photoacoustic+and+US+imaging+paired+with+deep+learning%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">Assessing rectal cancer treatment response using coregistered endorectal photoacoustic and US imaging paired with deep learning.</a> Radiology. 299 (2), 349-358 (2021).</li>
<li>Surveillance, Epidemiology, and End Results Program. Cancer of the Ovary - Cancer Stat Facts. National Cancer Institute. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://seer.cancer.gov/statfacts/html/ovary.html">https://seer.cancer.gov/statfacts/html/ovary.html</a> (2022).</li>
<li>Temkin, S. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Outcomes+from+ovarian+cancer+screening+in+the+PLCO+trial%3A+Histologic+heterogeneity+impacts+detection%2C+overdiagnosis+and+survival%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Cancer%22%5BJournal%5D)">Outcomes from ovarian cancer screening in the PLCO trial: Histologic heterogeneity impacts detection, overdiagnosis and survival.</a> European Journal of Cancer. 87, 182-188 (2017).</li>
<li>Kobayashi, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+randomized+study+of+screening+for+ovarian+cancer%3A+A+multicenter+study+in+Japan%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Gynecological+Cancer%22%5BJournal%5D)">A randomized study of screening for ovarian cancer: A multicenter study in Japan.</a> International Journal of Gynecological Cancer. 18 (3), 414-420 (2008).</li>
<li>Andreotti, R. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((O-RADS+US+risk+stratification+and+management+system%3A+A+consensus+guideline+from+the+ACR+ovarian-adnexal+reporting+and+data+system+committee%5BTitle%5D)+AND+%22Radiology%22%5BJournal%5D)">O-RADS US risk stratification and management system: A consensus guideline from the ACR ovarian-adnexal reporting and data system committee.</a> Radiology. 294 (1), 168-185 (2020).</li>
<li>Salehi, H. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+of+optimal+light+delivery+system+for+coregistered+transvaginal+ultrasound+and+photoacoustic+imaging+of+ovarian+tissue%5BTitle%5D)+AND+%22Photoacoustics%22%5BJournal%5D)">Design of optimal light delivery system for coregistered transvaginal ultrasound and photoacoustic imaging of ovarian tissue.</a> Photoacoustics. 3 (3), 114-122 (2015).</li>
<li>Oppenheim, A. V., Schafer, R. W. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aOppenheim%2C+AV+%22Digital+Signal+Processing%22">Digital Signal Processing</a>. , Prentice-Hall. Upper Saddle River, NJ. (1975).</li>
<li>Zou, Y., Amidi, E., Luo, H., Zhu, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrasound-enhanced+Unet+model+for+quantitative+photoacoustic+tomography+of+ovarian+lesions%5BTitle%5D)+AND+%22Photoacoustics%22%5BJournal%5D)">Ultrasound-enhanced Unet model for quantitative photoacoustic tomography of ovarian lesions.</a> Photoacoustics. 28, 100420(2022).</li>
<li>Prince, J. L., Links, J. M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPrince%2C+JL+%22Medical+Imaging+Signals+and+Systems%22">Medical Imaging Signals and Systems</a>. , Prentice-Hall. Upper Saddle River, NJ. (2006).</li>
<li>Kim, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Programmable+Real-time+Clinical+Photoacoustic+and+Ultrasound+Imaging+System%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Programmable Real-time Clinical Photoacoustic and Ultrasound Imaging System.</a> Scientific Reports. 6, 35137(2016).</li>
</ol>

저자는 원고에 대한 관련 재정적 이해관계가 없으며 공개할 다른 잠재적인 이해 상충이 없습니다.

광학 조명 사용되는 섬유의 수는 조명 균일 성과 시스템 복잡성의 두 가지 요소를 기반으로합니다. 핫스팟을 피하기 위해 피부 표면에 균일한 조명 패턴을 갖는 것이 중요합니다. 최소한의 섬유로 시스템을 단순하고 견고하게 유지하는 것도 중요합니다. 4 개의 개별 섬유를 사용하는 것은 이전에 수 밀리미터 이상의 깊이에서 균일 한 조명을 만드는 데 최적 인 것으로 나타났습니다. 또한 4개의 광섬유에 대한 광 결합은 환자 연구에 필요한 만큼 비교적 간단하고 견고합니다. 우리는 이전에 반사율이 높은 프로브 외피에 수용된 조직으로부터 약 10mm 떨어진 광섬유 팁을 갖는 4개의 1mm 코어 다중 모드 광섬유의 사용(설계에 대한 보충 파일 1 참조)이 질식 광음향 영상(17)에 최적임을 보여주었습니다.
USPAT 디스플레이 소프트웨어 우리가 사용하는 임...

광음향 영상 또는 단층 촬영(PAT)은 조직 광학 확산 한계(~1mm)를 훨씬 초과하는 미국 해상도 및 깊이에서 광학 흡수 분포를 측정하는 하이브리드 영상 방식입니다. PAT에서 나노초 레이저 펄스는 생물학적 조직을 여기시키는 데 사용되어 광학 흡수로 인해 일시적인 온도 상승을 유발합니다. 이로 인해 초기 압력 상승이 발생하고 결과적인 광 음파는 US 변환기로 측정됩니다. 다중 스펙트럼 PAT는 조직을 조명하기 위해 조정 가능한 레이저 또는 서로 다른 파장에서 작동하는 다중 레이저를 사용하여 여러 파장에서 광학 흡수 맵을 재구성할 수 있습니다. 근적외선(NIR) 창에서 산소화 및 탈산소화 헤모글로빈의 차등 흡수를 기반으로 다중 스펙트럼 PAT는 종양 혈관 신생 및 혈액 산소화 소비 또는 종양 대사와 관련된 모든 기능적 바이오마커인 산소화 및 탈산소화 헤모글로빈 농도, 총 헤모글로빈 농도 및 혈중 산소 포화도의 분포를 계산할 수 있습니다. PAT는 난소암1,2, 유방암 3,4,5, 피부암6, 갑상선암 7,8, 자궁경부암9, 전립선암 10,11 및 대장 암 12와 같은 많은 종양학 응용 분야에서 성공을 입증했습니다.
난소 암은 모든 부인과 악성 종양 중에서 가장 치명적입니다. 난소 암의 38 %만이 초기 (국소 또는 지역) 단계에서 진단되며, 5 년 생존율은 74.2 %에서 93.1 %입니다. 대부분은 5 년 생존율이 30.8 % 이하인 말기 단계에서 진단됩니다13. 질식 초음파 (TUS), 도플러 미, 혈청 암 항원 125 (CA 125) 및 인간 부고환 단백질 4 (HE4)를 포함한 현재의 임상 진단 방법은 조기 난소 암 진단14,15,16에 대한 민감도와 특이성이 부족한 것으로 나타났습니다. 또한 양성 난소 병변의 상당 부분은 현재의 영상 기술로 정확하게 진단하기 어려울 수 있으며, 이는 의료 비용 증가와 수술 합병증으로 불필요한 수술로 이어질 수 있습니다. 따라서, 관리 및 결과를 최적화하기 위해 부속기 종괴의 위험 계층화를위한 추가적인 정확한 비 침습적 방법이 필요합니다. 분명히, 초기 난소 암에 민감하고 특이적이며 양성 병변에서 악성을 식별하는 데보다 정확한 기술이 필요합니다.
우리 그룹은 임상 US 시스템, 광 전달을 위한 광섬유를 수용하는 맞춤형 프로브 외피 및 조정 가능한 레이저1을 결합하여 난소암 진단을 위해 공동 등록된 질식 미국 및 PAT 시스템(USPAT)을 개발했습니다. USPAT 시스템에서 파생된 총 헤모글로빈 농도(상대적 척도, rHbT)와 혈중 산소 포화도(%sO2)는 초기 난소암을 발견하고 난소 병변을 정확하게 진단하여 효과적인 위험 평가 및 불필요한 양성 병변 수술의 감소에 대한 큰 잠재력을 입증했습니다1,2. 현재 시스템 회로도는 그림 1에 나와 있으며 제어 블록 다이어그램은 그림 2에 나와 있습니다. 이 전략은 난소암 진단을 위한 기존 TUS 프로토콜에 통합되는 동시에 기능적 매개변수(rHbT, %sO2)를 제공하여 TUS의 민감도와 특이성을 개선할 수 있습니다.

<table><tbody><tr><td>임상 미국 이미징 시스템</td><td>Alpinion Medical Systems</td><td>EC-12R</td><td>완전히 프로그래밍 가능한 임상 미국 시스템</td></tr><tr><td>유전체 미러</td><td>Thorlabs</td><td>BB1-E03</td><td>광학 경로를 따라 빛을 반사하는 데 사용</td></tr><tr><td>Endocavity US 변환기</td><td>Alpinion Medical Systems</td><td>EC3-10</td><td>Transvaginal 초음파 프로브</td></tr><tr><td>레이저 파워 미터</td><td>Coherent</td><td>LabMax TOP</td><td>사용 레이저 에너지를 측정하기 위해</td></tr><tr><td>다중 모드 광섬유</td><td>Thorlabs</td><td>FP1000ERT</td><td>레이저 광을 엔도캐비티 초음파 프로브에 결합합니다</td></tr><tr><td>. 비편광 빔 스플리터 플레이트</td><td>Thorlabs</td><td>BSW11</td><td>레이저 빔을 센서로 분할하여 에너지를 측정하기 위해</td></tr><tr><td>플라노-오목 렌즈</td><td>Thorlabs</td><td>LC1715</td><td>레이저 빔 확장을 위한</td></tr><tr><td>플라노-볼록 렌즈&nbsp;</td><td>Thorlabs</td><td>LA1484-B</td><td>레이저 빔 시준용</td></tr><tr><td>Plano-convex lens&nbsp;</td><td>Thorlabs</td><td>LA1433-B</td><td>4 개의 광섬유로 빛을 집중시키는 데 사용</td></tr><tr><td>편광 빔 스플리터 큐브</td><td>Thorlabs</td><td>PBS252</td><td>레이저 빔을 4 개의 빔으로 분할 보호</td></tr><tr><td>프로브 건강</td><td>맞춤형 3D 인쇄</td><td></td><td>초음파 프로브 끝에 있는 4개의 광섬유를 잡고 보호</td></tr><tr><td>직각 프리즘 미러</td><td>Thorlabs</td><td>MRA25-E03</td><td>광학 경로를 따라 빛을 반사하는 데 사용</td></tr><tr><td>조정 가능한 레이저 시스템</td><td>Symphotic TII</td><td>LS-2145-LT50PC</td><td>멀티 스펙트럼 PAT</td></tr><tr><td>USPAT 제어 소프트웨어</td>용 광원 <td>C++</td><td></td>로 맞춤 개발 <td>초음파 기계 및 레이저 파장의 수집 매개변수 제어</td></tr><tr><td>USPAT 이미지 디스플레이 소프트웨어</td><td>C++</td><td></td>로 맞춤 개발 <td>USPAT B-스캔 및 sO2/rHbT 맵을 실제로 표시합니다. 시간</td></tr></tbody></table>

난소 병변의 질식 영상을위한 공동 등록 된 초음파 및 광 음향 영상 프로토콜

A Coregistered Ultrasound and Photoacoustic Imaging Protocol for the Transvaginal Imaging of Ovarian Lesions

난소암은 조기 발견 및 진단을 위한 신뢰할 수 있는 선별 도구가 없기 때문에 모든 부인과 악성 종양 중 가장 치명적인 상태로 남아 있습니다. 광음향 영상 또는 단층 촬영(PAT)은 암 진단에 중요한 매개변수인 난소/부속기 병변의 총 헤모글로빈 농도(상대적 척도, rHbT) 및 혈중 산소 포화도(%sO2)를 제공할 수 있는 새로운 영상 방식입니다. 공동 등록 된 초음파 (미국)와 결합 된 PAT는 난소 암을 감지하고 난소 병변을 정확하게 진단하여 효과적인 위험 평가와 양성 병변의 불필요한 수술을 줄일 수있는 큰 잠재력을 보여주었습니다. 그러나 임상 응용 분야의 PAT 이미징 프로토콜은 우리가 아는 한 연구마다 크게 다릅니다. 여기에서는 다른 임상 연구, 특히 광 음향 신호 감지를위한 상용 초음파 어레이 및 이미징을위한 표준 지연 및 합계 빔 형성 알고리즘을 사용하는 임상 연구에 도움이 될 수있는 질식 난소 암 이미징 프로토콜을보고합니다.

여기에서는 USPAT에서 촬영한 악성 및 정상 난소 병변의 예를 보여줍니다. 그림 3 은 조영제 강화 CT에 의해 밝혀진 양측 다낭성 부속기 종괴를 가진 50세 폐경 전 여성을 보여줍니다. 그림 3A 는 낭성 병변 내부의 의심스러운 고형 결절을 표시하는 ROI가 있는 왼쪽 부속기의 미국 이미지를 보여줍니다. 도 3B 는 미국에 중첩되고 적색으로 도시된 PAT rHbT 지도를 도시한다. rHbT는 1cm에서 5cm의 깊이 범위에서 광범위한 확산 혈관 분포를 보였고 수준은 17.1 (a.u.)로 높았습니다. 그림 3C 는 미국에 중첩된 %sO2 분포를 보여주며, 그 수준은 46.4%의 평균값으로 낮았다. ROI에서 rHbT 및 %sO2의 히스토그램은 rHbT 및 %sO2 맵의 오른쪽 모서리에 표시됩니다. 외과 병리학은 오...

우리는 난소/부속기 병변의 질식 영상에 대해 공동 등록된 초음파 및 광음향 영상 프로토콜을 보고합니다. 이 프로토콜은 다른 병진 광 음향 영상 연구, 특히 광 음향 신호 검출을위한 상용 초음파 어레이 및 이미징을위한 표준 지연 및 합계 빔 형성 알고리즘을 사용하는 연구에 유용 할 수 있습니다.

Ovarian cancer remains the deadliest of all the gynecological malignancies due to the lack of reliable screening tools for early detection and diagnosis. ...

우리 모두 알고 있듯이 난소 암은 모든 부인과 악성 종양 중에서 가장 치명적이며, 난소 암이 초기 및 국소 단계에서 발견되면 수술과 화학 요법으로 환자의 약 70-90 %를 치료할 수 있지만 후기 단계에서 진단 될 때 20 % 이하에 불과합니다. 그리고 현재의 표준 치료 방법은 조기 난소암 발견에 대한 민감도가 낮은 것으로 알려져 있습니다. 또한 표준 치료 방법은 난소 부속기 병변의 정확한 위험 평가에 대한 특이성이 매우 낮아 불필요한 수술로 이어져 잠재적인 수술 합병증과 상당한 의료 비용이 발생합니다.따라서 난소암 초기 검출에 민감하고 난소부속기병변의 정확한 진단을 위한 특화된 기술이 필요합니다. 광 음향 단층 촬영 또는 PAT는 특정 파장에서 근적외선으로 조명되며 산소화 및 탈산 소화 헤모글로빈에 선택적으로 흡수됩니다. 광 흡수에서 생성 된 광 음파는 헤모글로빈 대비를 매핑 할 수 있으며, 이는 공동 등록 된 초음파로 이미징 된 해부학 적 구조에 공동 등록 될 수 있습니다.총 헤모글로빈 농도와 산소 포화도는 조직 혈관 및 산소 소비에 대한 기능 정보를 제공합니다. 악성 병변은 일반적으로 총 헤모글로빈이 높고 산소 포화도가 낮기 때문에 이 두 가지 독립 변수는 난소암을 조기에 발견하고 악성 난소 부속기 병변을 정확하게 구별하여 수술 관리 권장 사항을 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그리고 우리는 환자 데이터의 파일럿을 얻었으며 결과는 질식 초음파 및 난소 암 혈액 바이오 마커 CA 125와 결합 된 공동 등록 된 광 음향 영상이 실제로 난소 부속기 병변을 진단 할 수 있음을 입증했습니다.우리의 파일럿 데이터는 또한 공동 등록 된 광 음향 영상이 초기 단계의 난소 및 나팔관 암을 감지 할 수 있다는 증거를 보여줍니다. 그리고 공동등록된 광음향 및 초음파는 유방암, 피부암, 갑상선암, 자궁경부암, 전립선암 및 대장암의 검출 및 진단에 적용되고 있다. 그러나 이미징 프로브는 다른 기관의 이미징 창에 따라 다릅니다.최초의 상업용 공동 등록 광 음향 및 초음파 유방 영상 시스템은 Sino Medical Instrument에서 구입할 수 있습니다. 우리는 더 많은 상업용 공동 등록 광 음향 초음파 시스템이 시장에 출시 될 것으로 기대합니다. 그러나 질식 광 음향 및 초음파 영상 프로브는 영상 환자를 위해 특별히 설계되어야합니다.시작하려면 먼저 평면 오목 렌즈로 빔을 발산한 다음 평면 볼록 렌즈로 빔을 시준하여 레이저 빔을 확장합니다. 두 개의 미러를 사용하여 빔을 빔 스플리터로 향하게 합니다. 편광 빔 스플리터를 사용하여 원래 빔을 두 개로 분할한 다음 두 개의 2단계 빔 스플리터를 사용하여 두 개의 빔을 분할합니다.이렇게 하면 확장된 레이저 빔이 동일한 에너지로 4개의 빔으로 분할됩니다. 광섬유 척으로 4개의 다중 모드 광섬유를 장착하고 4개의 평면 볼록 렌즈를 사용하여 4개의 레이저 빔을 4개의 광섬유에 집중시킵니다. 광학 경로가 노출되지 않도록 금속 상자 아래의 모든 광학 구성 요소를 덮으십시오.추가 모니터를 프로그래밍 가능한 임상 초음파 또는 초음파 시스템에 연결하여 PATUS 디스플레이 소프트웨어를 실행하여 상대적인 총 헤모글로빈, 혈중 산소 포화도 맵 및 기타 기능 파라미터를 실시간으로 시각화합니다. 그런 다음 레이저의 내부 트리거를 초음파 시스템의 외부 트리거에 연결하고 5 개의 연속 PAT 프레임과 1 개의 공동 등록 된 초음파 프레임을 순차적으로 획득합니다. 시스템을 보정하려면 레이저 펌프 에너지를 고정 수준으로 설정하십시오.그리고 각 파장에 대해 각 광섬유 팁에서 출력되는 펄스당 에너지를 확인하여 선택한 각 파장에서 계산된 에너지 밀도가 예상 값인지 확인합니다. PATUS 영상 시스템을 준비하려면 임상 초음파 시스템을 켜고 초음파 시스템 소프트웨어를 시작하십시오. 초음파 기계 제어판의 변환기 버튼을 눌러 변환기 선택 화면을 엽니다.그런 다음 올바른 초음파 변환기를 선택하십시오. 레이저 시스템을 보정하고 각 파장에 대한 총 펄스 에너지를 PATUS 디스플레이 소프트웨어에 입력합니다. 프로브 피복 내부에 섬유와 프로브를 둘러싸서 PATUS 프로브를 조립합니다.이미징을 위해 PATUS 변환기의 위치를 조정하십시오. 저에코 표적이 B-스캔의 중앙에 천천히 나타납니다. 그런 다음 PATUS 제어 소프트웨어에서 원하는 깊이를 선택하고 제어 소프트웨어에서 스캔을 클릭하여 공동 등록된 PATUS B 모드 데이터 수집을 시작합니다.PATUS 이미지 디스플레이 소프트웨어를 시청하여 공동 등록된 초음파 및 PAT B 모드 이미지를 실시간으로 검토합니다. 단일 파장 PA 데이터는 수집되는 초음파 위에 표시됩니다. 단계를 반복하여 더 많은 이미지를 획득하고 필요한 경우 두 번째 병변을 이미지화합니다.데이터 수집이 완료되면 PATUS 디스플레이 소프트웨어는 기능 맵을 재구성하기 위한 트리거를 수신합니다. 여기서 왼쪽 패널은 초음파 B- 스캔을 보여주고 오른쪽 패널은 공동 등록 된 초음파와 겹쳐진 상대적인 총 헤모글로빈을 보여줍니다. 관심 영역 또는 ROI (여기서는 대상 난소)를 선택하여 ROI 내에서 SO2 맵을 계산합니다.이 이미지는 조영제 강화 CT로 밝혀진 양측 다낭성 부속기 종괴를 가진 50 세의 폐경 전 여성을 보여줍니다. 낭성 병변 내부의 의심스러운 고형 결절을 표시하는 관심 영역 또는 ROI가있는 왼쪽 부속기의 초음파 이미지가 여기에 표시됩니다. PAT의 상대적인 총 헤모글로빈 지도를 초음파 상에 중첩시켰다. 상대적인 총 헤모글로빈은 1 센티미터에서 5 센티미터의 깊이 범위에서 광범위한 확산 혈관 분포를 나타 냈으며 수준은 17.1로 높았다.혈중 산소 포화도 분포가 초음파에 겹쳐졌고 수준은 46.4%의 평균값으로 낮았습니다.외과 병리학은 오른쪽 난소와 왼쪽 난소 모두의 잘 분화된 자궁내막양 선암을 밝혀냈습니다. 깊이는 B-스캔 이미지의 오른쪽에 표시되었습니다. 이 그림은 양측 낭성 병변이있는 46 세 여성을 보여줍니다.최대 직경이 4.2 센티미터 인 간단한 낭종이있는 오른쪽 난소의 초음파가 여기에 표시됩니다. 공동 등록 된 초음파에 겹쳐진 PAT 상대 총 헤모글로빈 맵은 4.8의 낮은 평균 수준으로 병변의 왼쪽에 산란 신호를 보여줍니다. 혈중 산소 포화도 지도는 67.5%의 더 높은 산소 포화도를 나타냈다.수술 병리학은 여포성 낭종이 있는 정상적인 오른쪽 난소를 나타냈다.각 파장에 대해 4개의 광섬유 팁에서 총 에너지 출력을 측정하고 이전 기록과 비교합니다. 측정값이 기록보다 1밀리줄 이상 작으면 광학 장치를 조정하여 에너지 결합을 최대화합니다. FDA 승인 임상 초음파 시스템을 사용하는 생체 내 PAT는 PAT의 임상 번역에서 중요한 단계입니다.생체 외 이미징과 비교할 때, 생체 내 인간 이미징은 데이터 수집에서 새로운 과제를 제시합니다. 임상 PAT 데이터는 컴퓨터 지원 진단 연구에 추가로 사용될 수 있습니다. 우리의 기술 개발과 유망한 파일럿 환자 연구 결과는 연구자와 기업이 조기 난소암 발견 및 수술 위험 관리를 위해 공동 등록된 광음향 및 초음파의 전체 용량을 탐색하도록 영감을 줍니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

이 비디오에서는 순환 체외 유동 챔버에서 나노 입자를 함유한 난소암 세포의 광음향 유세포 검출을 보여줍니다. 이 비침습적 기법은 조영제를 사용하여 유동 시스템에서 순환 종양 세포를 성공적으로 식별합니다.

In vitro photoacoustic flow cytometry: 나노 입자 함유 순환 난소암 세포를 검출하기 위한 비침습적 유동 광음향 기술

광 음향 cystography (PAC)는 어떤 전리 방사선이나 독성 조영제를 사용하지 않고 요도 방광, 소아 환자에서 방사선에 민감한 내부 장기를 매핑 할 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 여기에서 우리는 쥐 광학 불투명 추적자의 주입 요도 방광을 매핑 PAC의 사용을...

광 음향 Cystography

우리는 난소암의 성장과 재발을 감지, 정량화 및 모니터링할 수 있는 비침습적 동물 이미징 플랫폼을 설명합니다. 이 복막내 이종이식 모델은 난소암 환자의 임상 프로필을 모방합니다.

비 침습적 영상에 대한 생쥐 모델 검색 및 모니터 난소 암 재발

에서는 실시간으로 3차원 기능 및 분자 이미징을 위해 새로 개발된 휴대용 광음향(광음향) 시스템을 사용한 이미징을 위한 실험 프로토콜에 대한 자세한 설명을 제공합니다. 입증된 강력한 성능과 다양성은 전임상 연구 및 임상 실습에서 광음향 기술의 새로운 응용 분야를 정의할 수 있습니다.

범용 실시간으로 깊은 조직 인간의 혈관 조영술과 기능 전임상 연구를위한 3 차원 광 음향 이미징 프로브를 손 개최

Optical Coherence Tomography(OCT)는 조직 분화 수단을 제공하는 조직 특이적 광학적 특성을 분석할 수 있는 고해상도 이미징 기술입니다. 우리는 바늘 기반 OCT를 개발하여 즉석 종양 분화와 결합된 실시간 이미징을 제공했습니다. 이 간행물은 신장 종괴의 경피적 바늘 기반 OCT 방법을 설명합니다.

비보, 경피적, 니들 기반, 신장 질량의 빛 간섭 단층 촬영에서

프로토콜은 맞춤형 광음향 흐름 시스템 및 표적 엽산 덮인 구리 황화물 나노 입자를 활용하여 순환 난소 종양 세포를 검출하기 위해 제시된다.

광음향 유동 세포측정을 이용한 난소암 검출

본 프로토콜은 생체내 인간 피부 혈관구조의 다중 스펙트럼 광음향 이미지의 획득을 설명한다. 여기에는 기능 분석을 위한 관심 발색단으로 간주되는 헤모글로빈과 멜라닌의 정량화가 포함됩니다.

혈관 연구의 기능적 이미징을 위한 다중 스펙트럼 광음향 단층 촬영

이 프로토콜은 전체 및 조직학적 변화와 상관관계가 있는 초음파 영상을 사용하여 자궁내막암의 유도성 마우스 모델에서 시간 경과에 따른 형태학적 변화의 진행을 모니터링하는 방법을 설명합니다.

마우스에서 종양 억제인자 Arid1a 및 Pten 의 Pax8 지시 결실에서 자궁내막암 진행의 비침습적 초음파 평가

배란 전 기간 동안 난소 혈류의 변화는 배란에 필수적입니다. 도플러 초음파 검사는 난소 혈류역학 및 관류를 평가하기 위해 인간과 대형 동물에서 사용되었습니다. 마우스의 배란 전 및 배란 전후 단계에서 난소 혈역학을 평가하기 위해 도플러 초음파를 적용하기 위한 프로토콜이 제시됩니다.

생쥐의 난소 혈관 기능의 실시간 이미징 및 정량화를 위한 도플러 초음파 검사

우리는 분자 빔에 존재하는 다른 순응자 또는 클러스터의 공간 분리를 허용하는 기술을 제시한다. 정전기 디플렉터는 질량 대 이폴 모멘트 비율로 종을 분리하는 데 사용되며, 단일 원포 또는 클러스터 스토이치오메트리의 가스 상 앙상블을 생산합니다.

분자 순응및 클러스터의 공간 분리

학습하세요 공동 등록된 광음향 및 초음파 영상 기술을 활용한 난소 병변 조기 진단 방법을. 이 프로토콜은 혈관 기능 정보를 제공하여 난소암 수술 관리를 개선합니다.

난소 병변의 질식 영상을위한 공동 등록 된 초음파 및 광 음향 영상 프로토콜

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